Wie verhält sich welches Material bei Hitze?

Wir warten ja jedes Jahr darauf: Auf die große Sommerhitze, auf das Sechs-Wochen-am-Stück-Freibad-Wetter, auf das Schuhe-aus-und-barfuß-Gefühl. Wenn dann schließlich bundesweit die Temperaturen dauerhaft über 30 Grad klettern, können die hohen Temperaturen aber auch zu Problemen führen. Große Hitze ist beispielsweise schlecht für Asphalt und birgt, zusammen mit zu wenig Niederschlag, ein hohes Waldbrandrisiko. Wir haben uns dazu mal ein paar wirklich heiße Gedanken gemacht und haben uns gefragt: Wie verhält sich eigentlich welches Material bei Hitze? Wann fängt zum Beispiel Papier an zu brennen, wann schmilzt ein Sichtlagerkasten aus Polypropylen, wann entflammt Holz?

Zündtemperatur

Ausschlaggebend dafür ist die Zündtemperatur, auch Selbstentzündungstemperatur genannt. Darunter versteht man die Temperatur, bei der das Material an der Luft ganz einfach von selbst entzündet, also ohne weitere Zündquelle wie zum Beispiel einen Zündfunken. Bei wikipedia erfahren wir: Das lässt sich gar nicht so pauschal sagen! Denn je mehr Volumen das Material hat, desto schneller kann es sich auch entzünden. Und dann wissen wir natürlich längst: Papier ist nicht gleich Papier. So wird beispielsweise für Schreibpapier eine Zündtemperatur von 360 Grad Celsius angegeben. Brenzliger (im Wortsinn!) wird es da schon bei Zeitungspapier– das steht nämlich schon bei 175 Grad Celsius in Flammen.

Wann schmilzt Kunststoff?

Die Zündtemperatur von Kunststoffen wird mit 200-300 Grad Celsius angegeben. Deutlich früher jedoch beginnt sich der Kunststoff zu verformen, er schmilzt. Natürlich gibt es auch hier erhebliche Unterschiede, je nach Zusammensetzung. HDPE kann kurzeitig Temperaturen von bis zu 100 Grad Celsius ausgesetzt werden, LDPE hält maximal 90 Grad Celsius stand. Eine Polypropylenflasche (PP) sollten Sie nicht bei über 90 Grad Celsius lagern, eine Polyethylenterephtalatflasche (PET) hält Temperaturen bis zu 1020 Grad Celsius aus, bevor sie beginnt auszukristallisieren (sie wird weiß). Der Schmelzpunkt ist hier erst erheblich später, nämlich bei zirka 270 Grad Celsius erreicht.

Thermische Eigenschaften von LDPE und HDPE im Vergleich

Hohe Temperaturen beim Schweißen

Ein Vorgang in der Verpackung, bei dem die Temperatur und der Schmelzpunkt von Kunststoffen eine wesentliche Rolle spielt: Das Schweißen. Erst, wenn das Schweißgerät die für die Folienart und Folienstärke angemessene Schweißtemperatur erreicht hat, ist die Herstellung einer zufriedenstellenden Schweißnaht möglich. Einfacher, aber überaus wirksamer Tipp beim Schweißen daher: Geräte mit sogenanntem dauerbeheizten Schweißsystem (im Gegensatz zur Impulsheizung) brauchen einige Minuten, um sich auf Betriebstemperatur zu bringen.

Plastik ist nicht gleich Plastik

Den Unterschied macht die Bindung der Moleküle untereinander:

Bei der Gruppe der Duroplaste beispielsweise sind die Makromoleküle sehr engmaschig und gitterförmig miteinander vernetzt. Duroplaste sind hart und spröde, sie schmelzen und verformen sich unter Hitzeeinwirkung nicht oder kaum, können aber recht leicht brechen. Duroplaste finden im Haushalt ihre Verwendung zum Beispiel bei den Griffen eines Kochtopfes oder beim Gehäuse einer Steckdose. Bei zu großer Hitze zersetzt sich der Kunststoff.

Die Moleküle der Thermoplaste verbinden sich zu langen Ketten. Thermoplaste werden beispielsweise bei Getränkeflaschen verwendet. Sie werden innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches weich und formbar. Kühlt der Werkstoff ab, erhärtet er in seiner dann aktuellen Form.

Elastomere schlussendlich ist unter „Normaltemperatur“ elastisch. Die Moleküle sind nur mit wenigen Bindungen miteinander verbunden. Im allgemeinen Wortgebrauch spricht man hier auch von Gummi. Elastomere werden beispielsweise für Dichtungen oder auch Luftballons verwendet. Auch Elastomere können nicht schmelzen, sondern zersetzen sich bei zu großer Hitzeeinwirkung.

Quelle: wikipedia.org/wiki/Duroplaste

Wo liegt jetzt der Schmelzpunkt von Plastik?

Das hängt von der Art des Kunststoffs ab. Einen Anhaltspunkt gibt diese Tabelle hier:

UV-Schutz-Verpackung

Das Wissen über die verschiedenen „Plastik-Arten“ bzw. über die speziellen Eigenschaften der verschiedenen Materialien kann man sich selbstverständlich auch zunutze machen, wenn es darum geht, Produkte durch ihre Verpackung vor schädlicher Sonneneinstrahlung zu schützen. Denn: Wer Produkte verpacken, lagern oder versenden möchte, die UV-empfindlich sind, freut sich über viel Licht nicht unbedingt. Für alle, die also einen speziellen Schutz gegen UV-Strahlung brauchen, um beispielsweise zu verhindern, dass Kunststoff-Artikel unschön Vergilben oder Gummierzeugnisse spröde werden, für den sind UV-beständige Druckverschlussbeutel die ideale Lösung.

UV-beständige Druckverschlussbeutel

Die schwarzen Beutel aus LDPE (Polyethylen mit niedriger Dichte) wurden speziell für die Verpackung und Gruppierung UV-empfindlicher Produkte – wie beispielsweise verschiedener Gummierzeugnisse oder hochwertiger Juwelierwaren – entwickelt. Sie haben eine Dichte von 60 µ und verfügen über drei Beschriftungsfelder. So lässt sich von außen immer leicht erkennen, was sich hinter dem blickdichten Kunststoff verbirgt. Das Material ist Anti-UV behandelt und bietet für eine Dauer von rund sechs Monaten Schutz vor den aggressiven Strahlen. Befinden sich die Beutel in einem Umkarton, hält die Schutzwirkung beinahe unbegrenzt.

UV-Beutel für Schmuck

Kann Metall auch brennen?

Tatsächlich gibt es den sogenannten Metallbrand. Diese Brände sind äußerst schwer zu löschen, da dabei extrem hohe Temperaturen auftreten, die dazu führen, dass die Zugabe von Wasser das Ganze nur noch „anfeuert“. Denn bei Temperaturen von über 2000 Grad Celsius zersetzt sich Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff – die Gefahr von Knallgasexplosionen ist gegeben. Brennendes Metall muss daher erstickt werden, mit speziellem Löschpulver oder auch Sand. Besonders leicht entflammbar: Metallspäne beziehungsweise –Wolle, zum Beispiel Stahlwolle. Das kann richtig gefährlich werden- aber auch richtig gut aussehen!

Stahlwolle-Fotografie

Die Brennbarkeit von Metall macht sich auch der Schneidbrenner zunutze. Nahezu mühlos lassen sich damit auch hohe Materialstärken „zerschneiden“ wie Butter. Unter entsprechender Hitze (Zündtemperatur des Metalls) und unter Zugabe von Sauerstoff, wird das zu schneidende Metall verflüssigt und die Schlacke ausgeblasen: Es entsteht eine saubere Schnittkante.

Klebeband: Schäden durch Hitze ausschließen

Sie sehen: Es braucht schon wirklich übernatürliche Temperaturen, um dem Großteil unserer Produkte Schaden zuzufügen. Anders allerdings bei allem, was klebt. Packbänder, Klebebänder, Tapes, selbstklebende Etiketten oder Haftklebestreifen an Kartons: Diese Produkte sind durchaus wärmesensibel, und das schon bei im Sommer leicht zu erreichenden Temperaturen.

Lässt sich Klebeband, das zu großer Hitze ausgesetzt war, retten?

Sind die Tapes über einen längeren Zeitraum höherer Temperatur ausgesetzt, beginnt der Kleber zu schmelzen und seitlich „auszulaufen“. Die Klebeschicht wird dünner und die Haftung lässt somit nach. Dieser Prozess ist leider unumkehrbar, das Klebeband somit unbrauchbar. Ist die Temperatur unterschritten worden, gibt es jedoch Hoffnung: Um den Kleber wieder zu aktivieren und bindungsfähig zu machen, lagern Sie Ihre Packbänder 24 Stunden vor Verwendung bei Raumtemperatur.

Kurzfristig erhöhte Temperaturen hält das Tape jedoch durchaus aus: Das PP Packband RAJATAPE in Industriequalität beispielsweise ist kurzfristig wärmebeständig bis ca. +65 °C und kältebeständig (nach Verarbeitung bei Raumtemperatur) bis ca. -17 °C.

Kälte-Karton

Und was ist mit extremer Kälte?

Soweit zu den verschiedenen Materialien und ihren Eigenschaften unter Hitzeeinwirkung. Aber was ist eigentlich mit Kälte? Minus 27 Grad im Allgäu, Schnee in Rom, eingefrorene Zugweichen in Bayern und die Elbe für Schiffsverkehr gesperrt: Wie verhält sich welches Material eigentlich bei hohen Minusgraden?

Dass eine mit Flüssigkeit gefüllte Glasflasche bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt zum gefährlichen Geschoss werden kann hat vermutlich jeder schon einmal erlebt (Wasser auf dem Balkon vergessen, Sekt zu lange im Gefrierfach liegen lassen…)! Plastik hingegen kann sich geringfügig ausdehnen – und hält somit der Kälte in der Regel stand.

Kunststoff und Kälte

Polypropylen (PP) besitzt eine größere Steifigkeit, Härte und Festigkeit als Polyethylen (PE) und eine Glasübergangstemperatur von +/- 0 bis -10 Grad Celsius. Es kann daher bei dauerhafter Kälte spröde werden. Wird PP jedoch mit mineralischen Stoffen wie z.B. Talkum, Kreide oder Glasfasern verarbeitet, wird das Spektrum der mechanischen Eigenschaften (Steifigkeit, Gebrauchstemperaturen etc.) deutlich erweitert. Unsere Sichtlagerkästen aus PP halten beispielsweise -30 Grad Celsius stand!

Aber auch Polyethylen (PE) sollte, wenn es für den dauerhaften Einsatz im Außenbereich gedacht ist, speziell bearbeitet sein: Das Beimischen eines Russpartikelanteiles von etwa 2 % macht das Material kälteresistent.

Wie verhält sich Wellpappe bei Kälte?

Auch ein Wellpapp-Karton hat eine ideale Wohlfühltemperatur, und diese ist der des Menschen gar nicht mal unähnlich: Bei +20 Grad Celsius und einer Luftfeuchte von 40-60% geht es dem Karton am besten, er hat dann eine Materialfeuchte von zirka 7%. Wird der Karton jedoch kälter bedeutet dies gleichzeitig, dass die Materialfeuchte sinkt, in absoluten Extremfällen kann dies tatsächlich dazu führen, dass der Stärkeleim brüchig wird. Dies gilt jedoch nur, wenn das Material dauerhaft hohen Minusgraden ausgesetzt ist – ein Transport im LKW, auch wenn er etwas länger dauern sollte, stellt kein Problem dar. Wenn Sie Ihrem Karton dennoch etwas Gutes tun wollen: Bei schnellem und heftigem Temperaturanstieg innerhalb kürzester Zeit (Brillenträger wissen, wovon die Rede ist…) entwickelt sich möglicherweise Kondenswasser – und das könnte den Karton aufweichen. Allerdings: Wer hat im Lager +30 Grad Celsius und mehr?

Wieviel Kälte verträgt ein Klebeband?

Klebebänder überstehen den Kälte-Transport problemlos. Allerdings gilt hier: Um die gewohnten guten Materialeigenschaften zu erhalten, muss das Tape nach dem Transport zunächst auf Raumtemperatur gebracht werden – und los klebt’s…. ähem…geht’s!

Prinzipiell gilt: Der Transport bei Minusgraden ist ja – gottseidank- immer zeitlich begrenzt und kann somit den Verpackungsmaterialen nichts anhaben.

P.S.: Kalte Hände? Wir haben auch Becher für Heißgetränke!